Las primeras cefeidas de JWST confirman a HST para la calibración de supernovas Ia en la medida de la constante de Hubble

Por Francisco R. Villatoro, el 20 septiembre, 2022. Categoría(s): Astronomía • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 11

El problema de la constante de Hubble podría estar causado por errores sistemáticos en la distancia a las cefeidas usadas para calibrar las supernovas Ia (SN Ia). El telescopio espacial JWST aún no ha realizado ningún estudio específico de cefeidas extragalácticas; pero Adam G. Riess et al. publican en arXiv, como efecto colateral de sus observaciones de la galaxia NGC 1365, un estudio preliminar con JWST de 31 de las 49 cefeidas usadas para calibrar la distancia a la supernova SN 2012fr. Las imágenes de NIRCam (F200W) tienen mayor resolución que las del telescopio espacial Hubble (F160W , pero la relación periodo luminosidad (P-L) obtenida es muy similar (el corte a log P = 1 para HST es 25.74 ±0.04 y para JWST es 25.72 ±0.05). La coherencia entre el resultado de ambos telescopios sugiere que, al menos las cefeidas en esta NGC 1365, no presentan un error sistemático que pueda resolver el problema de la constante de Hubble (que requiere que la fotometría de cefeidas de HST tenga un sesgo de brillo de ∼ 0.2 magnitudes).

Por supuesto, este estudio preliminar no debe considerarse definitivo. Se han usado observaciones realizadas el 13 de agosto de 2022 en el programa GO-2107, que estudia la formación estelar en 19 galaxias cercanas. Parte del campo de NGC 1365 observado por NIRCam del JWST con F200W se solapa con el observado por HST WFPC2 con F160W (también se han usado WFC3/UVIS y WFC3/IR). La pendiente de la curva periodo-luminosidad (P-L) se ha fijado en −3.30 (valor estimado tras estudiar miles de cefeidas). Para comparar los resultados de HST y JWST se ha usado la extrapolación de la intersección de dicha curva para log P = 1; las 31 cefeidas observadas por JWST tienen 1.15 < log P < 1.75, de las que solo 24 tienen un periodo largo 1.35 < log P < 1.75. Usando estas últimas 24 cefeidas se obtiene para la intersección 25.75±0.06 en muy buen acuerdo con la estimación de HST. Obviamente, no debemos extraer conclusiones apresuradas. Hasta que no se realicen las observaciones específicas de cefeidas de JWST planificadas para el próximo año, que se esperar logren un error de ∼ 0.015 mag (mejor que el de Hubble), debemos ser cautos con las conclusiones extraídas de este nuevo artículo.

Como siempre en ciencia, los datos lo primero, pero sin obviar una cierta dosis de escepticismo metodológico. El artículo es Wenlong Yuan, Adam G. Riess, …, Lucas M. Macri, «A First Look at Cepheids in a SN Ia Host with JWST,» arXiv:2209.09101 [astro-ph.SR] (19 Sep 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2209.09101. Adam G. Riess, Premio Nobel de Física de 2011, ha recibido tiempo de observación del telescopio JWST, programa GO-1685, «Uncrowding the Cepheids for an Improved Determination of the Hubble Constant.» Se estudiarán con NIRCam entre febrero y agosto de 2023 las cefeidas en las galaxias NGC 1448, NGC 1559, NGC 4258, NGC 5468, NGC 5584 y NGC 5643, todas ellas usadas para calibrar supernovas SN Ia; por tanto, hasta finales de 2023 no se puede esperar la publicación de una nueva estimación de la constante de Hubble calibrada usando las cefeidas observadas por JWST.



11 Comentarios

  1. Hola Francis!!!, De tanto leerte, la cautela forma parte de mi ADN, gracias por eso, ahora bien, si nos permitimos especular, no solo basados en este trabajo, sino también en las barras de error que se asignaron a los dos principales métodos usados, que no se solapan, tienes alguna idea de un modelo alternativo, o alguna corrección del actual que «acomode la estantería?.

    1. Marce, hay decenas de modelos que acomodan ambas estimaciones de la constante de Hubble, la basada en el entorno astrofísico cercano y la basada en la cosmología. Sin embargo, el problema es que dichas soluciones no deberían alterar nada de lo que ya sabemos sobre el universo y su evolución; por desgracia, ninguna de dichas propuestas cumple con esta condición: todas arreglan un problema, empeoran otros problemas que también existen y generan nuevos problemas que no existen.

      1. Entiendo, de ser cierto, sería un «buen problema», gracias de nuevo por tus artículos, y también por estas pequeñas «vacaciones» de Coffee Break», que nos han devuelto al Francis prolífico de este blog, nos es un reclamo, solo quería que sepas que, al menos en mi, dejaste un hueco ( no, no es lo mismo CB, aunque soy un incondicional ).

        1. Marce, la solución del problema de la constante de Hubble es el problema abierto estándar en cosmología que todos los jóvenes cosmólogos atacan. Se está poniendo mucha materia gris en este asunto, pero por desgracia es más difícil de lo que nos gustaría. Quizás hace falta un genio que nos aclare el asunto desde un punto de vista teórico. O quizás son necesarios nuevas observaciones en la región intermedio de desplazamientos al rojo que guíen a los cosmólogos hacia una solución.

          1. Muy interesante como siempre Francis. Entiendo por tus palabras que para estimar la constante de Hubble existen diversos modelos basados en la astrofísica cercana y diversos modelos basados en la cosmología.

            ¿El problema es encontrar un modelo basado en la astrofísica cercana que reproduzca los mismos resultados y predicciones que otro modelo basado en la cosmología?

            ¿Existe la opción de habiendo predeterminando un valor de constante de Hubble entonces construir los modelos desde ambos puntos de vista para dicho valor? Saludos

          2. Pedro, la solución de la cosmología teórica consiste en un modelo cosmológico que explique cómo varía el parámetro de Hubble de tal forma que acomode los datos recientes de supernovas Ia y los datos cosmológicos del fondo cósmico de microondas (lo que es fácil), sin afectar a nada de lo que sabemos con seguridad del universo desde la formación del fondo cósmico de microondas hasta la actualidad (lo que es difícil).

  2. Hola cómo estás, que gusto leerte. Perdón por la pregunta algo desviada, ojalá me puedas orientar.
    Qué mecanismo hace que esas estrellas sean «cefeidas», entiendo lo de los pulsos y los ciclos de expansión y contracción de la estrella. Pero por qué hay tan pocas ? Por que no hay muchísimas?
    Abrazo grande

    1. Diego, la fase de cefeida ocurre al final de la vida de todas las estrellas de la secuencia principal, pero solo se puede observar en la fase final cuando su periodo es corto; esta fase tiene muy corta duración, por ello se observan muy pocas.

      Resumiendo mucho (te recomiendo profundizar en la evolución estelar), cuando una estrella consume el hidrógeno de su núcleo no tiene temperatura suficiente para fusionar el helio (se dice que es «ceniza de helio»). La estrella consume hidrógeno que rodea el núcleo hielo y crece de tamaño pasando a la fase de gigante roja. La fusión del hidrógeno que rodea el núcleo lo calienta hasta alcanzar un punto en que se puede fusionar el helio; en dicho momento la estrella inicia su fase pulsante (tipo cefeida). Pero durante mucho tiempo las pulsaciones de la estrella son muy lentas, con periodos de decenas de millones de años, que impiden poder detectarlas como cefeidas con nuestros telescopios. La astronomía observacional de cefeidas tiene menos de dos siglos, el límite para el periodo que podemos asignar a una cefeida. El periodo se va reduciendo conforme la estrella va perdiendo masa y en sus fases finales acaba siendo menor de 100 años, solo entonces se puede detectar su pulsación. Aún así, la mayoría de las cefeidas observadas tienen periodos inferiores a un año. Estas cefeidas están en las fases finales de su etapa como cefeida, con lo que la ventana temporal para observarlas es muy corta y de ahí que se observen muy pocas cefeidas (útiles para estimar distancias porque su periodo es suficientemente corto para lograr una estimación precisa de la relación periodo-luminosidad).

  3. ¿Y no hay tropecientos factores que puedan influir en el periodo de la cefeida y que estén relacionados con la distancia?

    Por ejemplo, la metalicidad, ¿influye? a más distancia, más antigua, menos metalicidad, ¿no?

    1. NoTengoNiIdea, lo más sorprendente de las cefeidas es que la relación periodo-luminosidad (en el rango de periodos en la que la podemos estudiar) es muy robusta y, hasta donde las medidas actuales sugieren, es independiente de todos los factores que han sido estudiados. Obviamente, se siguen buscando desviaciones y algunos creemos que acabarán apareciendo.

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